改善了备受喜爱的樱桃番茄（左图），CSHL团队使用基因编辑在两周前获得成熟果实（右图）。这些图像是在种植后的同一时间拍摄的。图片来源：Lippman lab，CSHL。
使用简单而强大的遗传方法来调整两种常见番茄植物的基因，冷泉港实验室（CSHL）的一个团队设计了一种快速方法，使它们开花并生产成熟果实比商业育种者快2周以上目前能够做到。
这意味着每个生长季节种植面积更多，因此产量更高。在这种情况下，它还意味着植物可以在比当前可能更偏北的纬度生长 - 这是地球气候变暖的一个重要因素。
“我们的工作是基因编辑能力的有力证明 - CRISPR技术 - 能够迅速提高作物育种中的产量性状，”CSHL负责该研究的副教授Zachary Lippman说。他说，应用可以远远超出番茄家族，包括许多主要粮食作物，如玉米，大豆和小麦，这些都是世界上很多人所依赖的。
李普曼澄清说，他的团队今天在Nature Genetics上发表的技术不仅仅是增加产量。“这真的是关于创建一个遗传工具包，使一代人中的种植者和繁殖者能够调整花卉生产的时间，从而调整产量，帮助调整我们的最佳品种，使其在世界上目前尚未繁荣发展的地区生长。”
该方法的核心是Lippman及其同事获得的见解，包括位于纽约伊萨卡的博伊斯汤普森研究所和JoséJiménez-Gómez博士领导的法国的植物科学家关于许多作物及其作物开花过程的演变。野生近缘种，因为它与一天中光照期的长短有关。遗传研究揭示了为什么今天的栽培番茄植物与来自南美洲的野生亲缘植物相比，对这一变量不是非常敏感。不知何故，驯化植物无论是12小时白天还是16小时都没关系; 它们在种植后几乎在同一点开花。
众所周知的荷尔蒙系统可以调节开花时间 - 因此也就是植物产生第一个成熟果实的时间。激素成花素和一种被称为SP（用于自我修剪）的抗逆转“激素”激素一起以阴阳方式共同促进或延迟开花。在新报告的研究的一个阶段，研究人员研究了一种原产于加拉帕戈斯群岛的野生番茄物种 - 靠近赤道，全年接近12小时的白天和黑夜。他们想知道为什么当这个植物在夏季漫长的北纬地区生长时，这种植物在季节开花很晚，并且几乎没有果实。
使用基因编辑来改善珍贵的樱桃番茄品种（左）产生更加茂密的植物（右），可以更密集地种植，提高产量，同时加速成熟约两周。在种植后相同数天拍摄这些植物。图片来源：Lippman lab，CSHL
他们了解到，野生赤道番茄对日光长度非常敏感。一天越长，开花时间越长，而“当你的光照时间更短，就像在植物的原生栖息地，它们开花得更快，”Lippman说。这表明在野生番茄植物驯化之前或期间的某些时间点发生了番茄植物的遗传变化。利普曼怀疑，当西班牙征服者科尔特斯于16世纪初将墨西哥从墨西哥带到欧洲时，这种变化可能已经发生，开始了该植物在中北纬度地区广泛采用的时代。
Lippman及其同事将驯化番茄中日长敏感性的缺失追溯到称为SP5G（SELF PRUNING 5G）的基因突变。它是已知调节番茄开花时间的同一系列的成花和抗成花基因的成员。
Lippman及其同事在纽约的温室和田地中种植加拉帕戈斯野生番茄植物，观察到SP5G基因编码的抗成花素激素的表达和活性急剧上升，导致开花后期发生。相反，在驯化的番茄植物中，抗成花素的激增要弱得多。
无论白天长度如何，抑制SP5G基因与CRISPR的表达都会导致快速开花。改良植物位于右侧，显示与“未编辑的”野生型植物相同的播种天数。图片来源：Lippman lab，CSHL。
该团队的主要创新 - 产生樱桃和罗马西红柿的品种，其开花时间比它们所基于的驯化品种早得多 - 源于观察到虽然驯化的植物对白天长度特别不敏感，但是有一些残留的表达。 -florigen SP5G基因，“Lippman说。
这导致团队使用基因编辑工具CRISPR来诱导SP5G基因中的微小突变。目的是完全灭活基因，使其根本不产生任何抗成花蛋白。当这个经过调整的SP5G版本被引入流行的罗马和樱桃番茄品种时，植物开花得更早，从而使果实更早成熟。调整另一种使番茄植物生长成密集，紧凑，灌木状的抗florigen基因，使得早花品种更加紧凑和早熟 - 这一团队称之为“双重决定。”
“我们在这里展示的是快速繁殖，”Lippman说。“现在我们有一个简单的策略来彻底消除已经种植的优良近交系和杂交植物的日光敏感性。这可以使种植者扩大其种植地理范围，只需使用CRISPR快速'适应'番茄和其他作物更多的北纬地区，夏季漫长的日子和非常短的生长季节。“
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